第1节 什么是。 FPGA。

FPGA 的全称为 Field-Prog。ram。mable Gate Array，即现场可。编程。门阵列。 FPGA 是在 PAL、 GAL、。 CPLD。等可编程器材的基础上进一步开展的产品， 是作为专用。集成电路。（。 ASIC。）范畴中的一种半定制电路而呈现的，既处理了定制电路的缺乏，又克服了原有可编程器材门电路数有限的缺陷。 简而言之， FPGA 便是一个可以经过编程来改动内部结构的芯片。

FPGA 功用完结：需求经过编程即规划硬件描绘言语，经过。 EDA。东西编译、归纳、布局布线成后转换为可烧录的文件，

终究加载到 FPGA 器材中去，改动 FPGA 内部的连线，终究完结所完结的功用。

FPGA 功用比照：FPGA 比较于。单片机。、。 CPU。等集成电路芯片具有功率更高、功耗更低的特色，可是易于开发程度远远不如单片机、 CPU； 在数字芯片规划范畴， FPGA 尽管比较 ASIC 具有更短的开发周期与开发难度， 可是其存在着本钱过高、功用较差而且在资源的运用率上远不及 ASIC 等问题，不能真实的代替 ASIC。

第2节 FPGA 的根本结构。

FPGA 可编程的特性决议了其完结数字逻辑的结构不能像专用 ASIC 那样经过固定的逻辑门电路来完结，而只能选用一种可以重复装备的结构来完结， 而查找表(LUT)可以很好地满意这一要求，现在干流的 FPGA 芯片仍是根据 SRAM 工艺的查找表结构。

FPGA 芯片参数目标：包括可编程逻辑模块的数量、固定功用逻辑模块（如乘法器）的数目及存储器资源（如。嵌入式。RAM）的巨细。

在最底层的可装备逻辑模块（如片上的逻辑单元） 上，存在着根本的两种部件：触发器和查找表（ LUT） ， 而触发器和查找表的组合方法不同，是各个 FPGA 宗族之间差异的重要依据， 而且查找表自身的结构也或许各不相同（ 有 4 输入或 6 输入或其他）。

查找表（ Look-Up-Table）简称为 LUT， 其本质上便是一个 RAM。现在 FPGA 内部中多运用 4输入的 LUT，每一个 LUT 可以当作一个有 4 位地址线的 RAM。

当用户在 EDA 东西上经过原理图或 硬件描绘言语规划了一个逻辑电路今后， FPGA 开发软件会主动核算逻辑电路的一切或许成果，并把真值表（即成果）事前写入 RAM 中。 这样，每输入一个。信号。进行逻辑运算就等于输入一个地址进行查找表操作， 经过地址找到对应的 RAM 中的成果， 终究将其输出。以完结数字逻辑 Y=A&B&C 的功用为例。假如是在专用 ASIC 中，为了完结该逻辑，逻辑门都现已事前确定好， Y 的输出值为两个逻辑与运算后的成果，其根本的完结结构如下图所示：

对Y=A&B&C 的 运用FPGA 完结根本结构 ：

第3节 更为杂乱的 FPGA 架构。

跟着技能的开展和工艺节点的前进， FPGA 的容量和功用在不断提高的一起， 其功耗却不断的优化削减。 2006 年曾经四输入查找表一向被广泛运用， 在一些高端器材或许会用上六输入、八输入或更多输入。端口。的查找表。 而一个多输入的查找表又可以分解成较小输入的查找表， 即可以分裂成许多更小的功用。 例如一个八输入的查找表可以分解成两个四输入的查找表或分解成一个三输入加一个五输入的查找表。在实践的高端器材中，这种可编程结构可以描绘相当于百万级（有时乃至千万级）的原始逻辑门。

在 FPGA 内部，运用 FPGA 的可编程性在芯片内部结构完结了一个计数器逻辑，有着“软内核”与“硬内核”之分。

软内核（软功用）：在结构计数器逻辑进程中运用到的功用便可以被称为软功用。

硬内核（硬功用）：功用若是直接运用芯片完结的，则是运用了芯片内部的硬功用。

软内核与硬内核之间优势互补，软内核的优势在于可以在运用芯片资源的基础上运用编程规划让其完结需求完结的任何功用（留意是数字功用，不包括。模仿。功用）。 而**硬内核由所以完结固定功用的器材，因而其优势在于资源运用率高且功耗较低， 占用硅片的面积也较小， 并具有较高的功用。最重要的差异**在于：与软内核比较硬内核可用于完结模仿功用， 例如锁相环的倍频功用，这个功用需求在模仿电路下完结，所以这一部分是在 FPGA 内部用硬件来完结的 。

第4节 带嵌入式处理器的 FPGA。

运用 FPGA 的可编程结构完结的作业之一即为运用其间的一部分数字逻辑资源制造一个或多个软。处理器。内核， 当然， 也可以完结不同规划的处理器。

这个芯片是一种新的SoC（System on Chip，体系级芯片） FPGA，彻底以硬内核方法完结的双路。 ARM。Cortex-A9。 微控制器。子体系（运转。时钟。高达 1GHz，包括浮点引擎，片上缓存，计数器，定时器。等）以及品种广泛的硬内核。接口。功用（ SPI， I2C。， CAN。等），还有一个硬内核的动态内存。控制器。，一切这些组件都运用很多传统的可编程结构和很多的通用输入输出（ GPIO）引脚进行了功用增强。

第5节 数据存储以及装备方法。

在 FPGA 内部存在着存储单元片内 RAM 块，数据是存放在 RAM 中并由其来设置作业状况的，若想要 FPGA 进行作业，就需求对片内 RAM 进行编程。 而假如外部有很多数据交互时，就要经过添加外设来对数据进行暂时性的存储，如。 SD。RAM 存储器或许。 DDR。3 存储器，暂存在外设中的数据终究也是要经过 FPGA 内部的 RAM 进行存储与处理。当在 EDA 东西大将程序规划完结之后，便需求将软件上的程序烧录进 FPGA 内部。经过不同的装备形式， FPGA 便会有不同的编程方法。

常用的几种装备形式：

并行形式： 经过并行 PROM（Programmable re。ad。-only memory，可编程只读存储器）、 Flash （Mac。rom。edia Flash。多媒体软件渠道）装备 FPGA；

主从形式： 运用一片 PROM 装备多片 FPGA；

串行形式：串行 PROM 装备 FPGA；

外设形式：将 FPGA 作为。微处理器。的外设，由微处理器对其编程。

现在， 干流的 FPGA 都是根据 SRAM （Static Random-。Ac。cess Memory，静态随机存取存储器）工艺的， 在大部分的 FPGA 开发板上，运用的都是串行装备形式。因为 SRAM 掉电就会丢掉内部数据，因而往往都会外接一个可以掉电保存数据的片外存储器以保存程序。 这样一来， 上电时 FPGA 便将外部存储器中的数据读入片内 RAM 以完结装备， 对 FPGA 编程完结后便进入作业状况；掉电后 FPGA 内部 SRAM 中存储的数据丢掉，逻辑清零。 以这种方法装备 FPGA 不仅能重复运用，还无需重复的手动装备。完结一次主动装备之后每次上电便会主动的完结 FPGA 的内部编程。

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